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Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
Termodinmica y fund. Grado en ITI. EINA - Unizar 1/34
Tema 8. Psicrometra y
procesos psicromtricos
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
Termodinmica y fund. Grado en ITI. EINA - Unizar 2/34
ndice
Objetivos
- Conocer y saber calcular las propiedades termodinmicas del aire hmedo
- Aprender a util izar el diagrama psicromtrico como herramienta para el clculo depropiedades y representacin de procesos
- Saber aplicar el anlisis termodinmico a procesos psicromtricos: secado,acondicionamiento de aire y enfriamiento de agua con aire.
ndice
Tratamiento de mezclas no reactivas
Principios de psicrometra
Diagrama psicromtrico
Procesos psicromtricos
Torres de refrigeracin
Bibliografa Moran-Shapiro, Fundamentos de termodinmica tcnica, Ed. Revert. Tema 12. engel-Boles, Termodinmica, McGraw Hill. Tema 14.
Marn-Czar. Apuntes de Ingeniera Trmica. Universidad de Zaragoza. Tema 6
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
Termodinmica y fund. Grado en ITI. EINA - Unizar 3/34
Apl icacio nes en i ngen ier a
Definicin: la psicrometra es el estudio del comportamiento del airehmedo, consistente en una mezcla de aire seco y vapor de agua.
Modelo a aplicar: en condiciones ambientales el aire hmedo secomporta como una mezcla de 2 gases ideales.
Se necesitan 3 propiedades para establecer un estado
Aplicaciones en Ingeniera: Sistemas de aire acondicionado: humidificacin y deshumidificacin
Confort, conservacin y transporte de alimentos
Enfriamiento de agua con aire: torres de refrigeracin
Procesos de secado: secaderos
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
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Mezclas de gases no reactivos
Descripcin de la composicin de una mezcla no reactiva
- Mezcla no reactiva: composicin constante, sin reacciones qumicas
- Se considera una mezcla de volumen total V, temperatura T y presin P
- Anlisis gravimtrico: basado en la masa de cada componente
clculo de las fracciones msicas
- Anlisis molar: basado en el nmero de moles de cada componente
clculo de las fracciones molares
- Masa molar aparente:
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Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
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Mezclas de gases no reactivos
Relaciones P-V-T: se supone que la mezcla se comporta como un G.I.
- Modelo de Dal ton: cada componente de la mezcla se supone que secomporta como un gas ideal que ocupa todo el volumen de la mezcla a lamisma temperatura.
Cada componente ejerce una presin parcial:
- Modelo de Amagat: cada componente se supone que se comporta comoun gas ideal a presin y temperatura de la mezcla.
Cada componente ocupa un volumen parcial:
Anlisis volumtrico (equivalente a las fracciones molares)
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
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Mezclas de gases no reactivos
Ejemplo:
Modelo de aire seco estndar
La masa molar aparente:
La composicin en peso:
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Mezclas de gases no reactivos
Clculo de las propiedades extensivas:
- Base molar: X=U,H,S
Por derivacin:
- Base msica:
Relacin entre ambas formulaciones:
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Principios de psicrometra
Aire hmedo: puesto que lo que cambia con la meteorologa es la fraccin devapor, se trata como una mezcla de aire seco de composicin fija y vaporde agua en cantidad variable. Ambos como G.I.
Por la ley de Dalton, las presiones parciales:
Aire saturado:
- Mxima fraccin de vapor a P y T
- Propiedades de vapor saturado
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Principios de psicrometra
Humedad absoluta:
Donde:
Las fracciones molares y msicas:
Humedad relativa: fraccin molar del aire saturado a P y T
Unidades: kg-v/kg-as
Pv
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Principios de psicrometra
Punto de roco:
- Proceso 1 - d: reduccin de la temperatura a Pv=cte (composicin cte)
- Estado d: se alcanza la temperatura de roco en la saturacin Tsat(Pv) = TR
- Proceso d - 2+3: reduccin de la temperatura con condensacin y Pv
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Principios de psicrometra
Clculo de propiedades extensivas y especficas:
- La entalpa especfica por unidad de masa de aire seco:
Para obtener valores coherentes: ha: se obtiene de las tablas de G.I.
hv hg(T): para tener el mismo valor de referencia vapor-lquido
- La entropa especfica:
donde: (G.I.)
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Principios de psicrometra
Balance de materia:
Balance de energa:
Donde:
Tablas de lquido o vapor
Tablas de agua saturada
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Principios de psicrometra
Modelo de saturador adiabtico:
- Rgimen estacionario
- Modelo de gas ideal para la mezcla y comp.
--
-
Temperatura de saturacin adiabtica
Temperatura alcanzada cuando un flujo de airehmedo entra en contacto con agua lquida,
evaporando parte de sta hasta el estado desaturacin, a costa de su energa interna, es decir,adiabticamente y a P=cte.
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Principios de psicrometra
Modelo de saturador adiabtico: balance de energa
Se puede obtener la humedad absoluta de la mezcla inicial:
Siendo:
Aire hmedo entrada Agua reposicin Aire hmedo salida
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Principios de psicrometra
Temperatura de bulbo hmedo:
- Termmetro de bulbo comn, con el bulbo envuelto en una muselina humedecidacon agua. Tbh
- Acoplado a un termmetro de bulbo comn (Tbs), forma un psicrmetro.
- En condiciones habituales de T y P atmosfricas Tbh Tsa
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Diagrama psicromtrico
Diagrama psicromtrico
Presin baromtrica: 1 atm
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Diagrama psicromtrico
Lneas dehumedad relativa
(%)
Tbs=30C
=
0.
014kg-v/kg-as
= 53 %= 100 %
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Diagrama psicromtrico
Escala de
TR (C)
Tbs=30C
=
0.
014kgv/kgas
TR = 19 C
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
Termodinmica y fund. Grado en ITI. EINA - Unizar 19/34
Diagrama psicromtrico
Escala de
Tbh (C)
Tbs=30C
=
0.
014kgv/kgas
Tbh = 22 C
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Diagrama psicromtrico
Escala de entalpas
(kJ/kg aire seco)
Tbs=30C
=
0.
014kg-v/kg-as
h=66 kJ/kg-as
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Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
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Diagrama psicromtrico
Lneas de volumenpor kg aire seco
Tbs=30C
=
0.
014
kg-v/kg-as
v= 0,878 m3/kg-as
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
Termodinmica y fund. Grado en ITI. EINA - Unizar 22/34
Diagrama psicromtrico
Escala de entalpas
(kJ/kg aire seco)
Tbs= 22 C
=
0.
01
kg-v/kg-as
h=47.5 kJ/kg-as
Ejercicio 5.4
v= 0,85 m3/kg-as
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
Termodinmica y fund. Grado en ITI. EINA - Unizar 23/34
Diagrama psicromtrico
Escala de entalpas
(kJ/kg aire seco)
Tbs=19.5C
=
0.
01
kg-v/kg-as
h=45.3 kJ/kg-as
Ejercicio 5.4
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
Termodinmica y fund. Grado en ITI. EINA - Unizar 24/34
Diagrama psicromtrico
Escala de
Tbh (C)
Tbs=24C
=
0.
0081
kg-v/kg-as
Tbh=16C
Ejercicio 5.5
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Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
Termodinmica y fund. Grado en ITI. EINA - Unizar 25/34
Diagrama psicromtrico
Tbs=40C
=
0.
014kgv/kgas
TR = 19 C
=
0.
008
kgv/kgas
Ejercicio 5.6
Tbs=20CTbs=10C
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
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Procesos psicromtricos
Procesos psicromtricos:
CalentamientoEnfriamiento
Humidificacin
Deshumidificacin
Vapor in yectadoLquido inyectado
(enfriamiento evaporativo)
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Procesos psicromtricos
Mezcla adiabtica de dos corrientes:
El estado de salida se encuentra enla lnea que une los dos estados deentrada en el diagramapsicromtrico:
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Procesos psicromtricos
Deshumidificacin:- Puede ser el objetivo
- Puede ser necesario durante elenfriamiento si la humedad es alta.
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Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
Termodinmica y fund. Grado en ITI. EINA - Unizar 29/34
Procesos psicromtricos
Humidificacin:
Vaporinyectado
Lquidoinyectado
Calentamiento + Humidificacin
2
3
1
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Procesos psicromtricos: aplicaciones
Acondicionamiento de aire:
- El cuerpo humano es una mquina trmica y, por tanto, disipa calor mediante conveccin y radiacin y mediante evaporacin de sudor.
- La temperatura y la humedad ambiental de confort depende de la actividad.
- En reposo, la temperatura de confort est en torno a 21C y la humedadrelativa alrededor del 50%, con una velocidad del aire de unos 15 m/min
- Procesos de acondicionamiento de aire:
Calentamiento y humidificacin en invierno
Enfriamiento y deshumidificacin en verano
Condensado
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
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Procesos psicromtricos: aplicaciones
Enfriamiento evaporativo:
Agualquida
Airecaliente
1
Aire fro2 >1
- Parte del agua se evapora acosta de energa interna del aire
- Sigue una curva de saturacinadiabtica, es decir, Tsa=cte
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
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Procesos psicromtricos: aplicaciones
Torres de refrigeracin:
- Intercambiador de contacto directo:agua caliente y aire hmedo fro
- Principio de funcionamiento:enfriamiento evaporativo
- Existe transferencia de calor y masa- Aplicaciones:
Centrales elctricas
Sistemas de aire acondicionado
Produccin de fro
Industria qumica
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Torres de refrigeracin
Torres de refrigeracin: clasificacin
Segn intercambio: directo (circuito abierto) o indirecto (circuito cerrado).
Segn el relleno o empaquetamiento: sin relleno, de lminas o de goteo
Circuito abiertocon relleno
Circuito cerrado
sin relleno
Relleno tipo splash
Relleno tipo film
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
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Torres de refrigeracin
Torres de refrigeracin: clasificacin
Segn el tiro: natural o mecnico (forzado o inducido)
Torre de tiro inducido
Salida aire 2
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Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
Termodinmica y fund. Grado en ITI. EINA - Unizar 37/34
Diagrama psicromtrico
Tbs=Tbh(=100%)
Tbs=30C
=
sat=0,
02
75
kg-v/kg-as
Tbh = 30 C
Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos
Termodinmica y fund. Grado en ITI. EINA - Unizar 38/34
Torres de refrigeracin
Torres de refrigeracin: clasificacin
Segn el tiro: natural o mecnico (forzado o inducido)
Segn el flujo: contracorriente o cruzado